JP2008306618A - 電圧駆動型素子を駆動するための駆動回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
本発明では、駆動回路の最終段トランジスタTr1の出力点とIGBTのゲート端子Gとの間を、ゲート抵抗Rg1を介して接続し、ゲート抵抗Rg1にコンデンサCexの一端を接続し、コンデンサCexの他端を駆動回路の電源Vccへ接続している。IGBTのゲートエミッタ間容量Cgeに蓄積された電荷が、IGBTのゲートコレクタ間容量Cgcへ放電された後、コンデンサCexを介して、電源Vccから少なくともゲートエミッタ間容量Cgeを充電する。
【選択図】図1
Description
まず、第1の実施形態に係る電圧駆動型素子を駆動するための駆動回路について図1を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る電圧駆動型素子を駆動するための駆動回路を示す回路構成図である。第1の実施形態に係る駆動回路は、スイッチング回路およびインバータ回路に用いられる電圧駆動型素子である絶縁ゲートトランジスタ(以下、IGBTとする。)のゲート端子Gに接続されている。ここで、IGBTには、図1に示すように、フリーホイールダイオード(以下、FWDとする。)が逆並列接続されている。IGBTのゲート端子Gとエミッタ端子E間には、ゲートエミッタ間容量Cgeが、ゲート端子Gとコレクタ端子C間には、ゲートコレクタ間容量Cgcが存在している。エミッタ端子Eには基準電位Veeが印加されている。
Vge(t)=Vcc*{1-exp(-t/τ)} (1)
時定数τ=Rg1*(Cex+Cge)
ここで、時間t2でt=0 (0≦t≦t6-t2)
従来例におけるゲート電圧Vgeは式(1)と同式で表されるため、実質的にdIc/dtに寄与するゲート閾値直前のゲート電圧Vgeは従来例と同様であることがわかる。
(Cge+Cgc)*(Vge0)2/2=Cge*{Vge(t6)}2/2より、
Vge0=√{Cge/(Cge+Cgc)}*Vge(t6) (2)
ここで、Vge(t6)は時間t6直前のゲート電圧Vge
ΔVge(t)=Vcc*{1-exp(-t/τ1)} (3)
時定数τ1=Z(Cex)*(Cge+Cgc)
インピーダンスZ(Cex)=1/{2π√(f*c)}
ここで、時間t6でt=0 (0≦t≦t4-t6)
Vge1=Vge0+ ΔVge(t) (4)
式(4)は、時間t6直後のゲート電圧Vgeを示しており、ゲートエミッタ間容量Cgeに蓄積された電荷が、ゲートコレクタ間容量Cgcへ放電された後、瞬時にコンデンサCexを介して、最終段トランジスタTr1およびゲート抵抗Rg1をバイパスして、電源VccからのインピーダンスZ(Cex)でゲートエミッタ間容量Cgeは充電されることを表している。なお、式(3)に示す△Vge(t)は、ゲートエミッタ間容量Cgeを充電するために、最終段トランジスタTr1およびゲート抵抗Rg1をバイパスして、コンデンサCexを介して、電源Vccからゲートエミッタ間容量Cgeに流れるバイパス電流による電圧上昇分である。
Vge0’=√{(Cex+Cge)/(Cex+Cge+Cgc)}*Vge(t6)’ (5)
ここで、時間t6〜t4における本発明(実線)と従来例(点線)のゲート電圧Vgeを比較すると、式(2)と式(5)のみで比べれば、従来例(式(5))のほうがよりゲート電圧Vgeの低下を抑制できる。しかし、本発明では、式(3)によるゲート電圧Vgeの低下を抑制する効果が大きい。そのため、図2中、時間t6〜t4のゲート充電電流ig(実線)に示すとおり、従来例に比べて、本発明のほうが、ゲート充電電流ig(実線)が大きくなっている。従来のゲート充電電流ig(点線)との差が、ゲートエミッタ間容量Cgeを充電するために、最終段トランジスタTr1およびゲート抵抗Rg1をバイパスして、コンデンサCexを介して、電源Vccからゲートエミッタ間容量Cgeに流れるバイパス電流である。当該バイパス電流による電圧上昇分△Vge(t)によって、ゲート電圧Vgeの低下をより抑制している。
Vge(t)=Vcc*{1-exp(-t/τ2)} (6)
時定数τ2=Rg1*{Cex+Cge+Cgc(t)}
ここで、時間t4でt=0 (0≦t≦t5-t4)、Cgc(t)は時間変化
時間t5において、ゲートコレクタ間容量Cgc変化に伴い、式(3)に示す電圧上昇分△Vge(t)の効果で、ゲート電圧Vgeは従来例に比べて上昇する。
次に、第2の実施形態に係る電圧駆動型素子を駆動するための駆動回路について、第1の実施形態に係る駆動回路と異なる点を中心に図3を参照して説明する。また、第2の実施形態に係る駆動回路について、第1の実施形態に係る駆動回路と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。
次に、第3の実施形態に係る電圧駆動型素子を駆動するための駆動回路について、第1の実施形態に係る駆動回路と異なる点を中心に図4を参照して説明する。また、第3の実施形態に係る駆動回路について、第1の実施形態に係る駆動回路と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。
次に、第4の実施形態に係る電圧駆動型素子を駆動するための駆動回路について、第1の実施形態に係る駆動回路と異なる点を中心に図5を参照して説明する。また、第4の実施形態に係る駆動回路について、第1の実施形態に係る駆動回路と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。
Cge ゲートエミッタ間容量、D ダイオード、E エミッタ端子、
FWD フリーホイールダイオード、G ゲート端子、Ic コレクタ電流、
ig ゲート充電電流、IGBT 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、
i1 ゲート充電電流、i2 放電電流、Rg1 ゲート抵抗、
Rg2、Rg3、Rg4 電流制限抵抗、Tr1 最終段トランジスタ、
Tr2、Tr3 トランジスタ、Vcc 電源、
Vce コレクタエミッタ間電圧、Vee 基準電位、Vge ゲート電圧、
Vin ゲート信号
Claims (5)
- 電圧駆動型素子を駆動するための駆動回路の最終段半導体素子の出力点と前記電圧駆動型素子のゲート端子との間を一つまたは複数の抵抗を介して接続する前記電圧駆動型素子を駆動するための駆動回路において、
前記抵抗の少なくとも一つに少なくとも一つのキャパシタンスの一端を接続し、前記キャパシタンスの他端を前記駆動回路の電源へ接続し、
前記電圧駆動型素子のゲートエミッタ間容量に蓄積された電荷が、前記電圧駆動型素子のゲートコレクタ間容量へ放電された後、前記キャパシタンスを介して、前記電源から少なくとも前記ゲートエミッタ間容量を充電することを特徴とする電圧駆動型素子を駆動するための駆動回路。 - 前記抵抗と前記キャパシタンスが接続された点は、前記最終段半導体素子の出力点であることを特徴とする請求項1に記載の電圧駆動型素子を駆動するための駆動回路。
- 前記抵抗と前記キャパシタンスが接続された点と前記電圧駆動型素子のエミッタ端子との間を、前記最終段半導体素子と相補型となる半導体素子および電流制限抵抗を介して接続することを特徴とする請求項1または2に記載の電圧駆動型素子を駆動するための駆動回路。
- 前記最終段半導体素子の出力点と前記ゲート端子との間に接続された一つまたは複数の前記抵抗のうち、一つまたは複数の抵抗を前記電流制限抵抗として代用することを特徴とする請求項3に記載の電圧駆動型素子を駆動するための駆動回路。
- 前記キャパシタンスは、ダイオードの空乏容量であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の電圧駆動型素子を駆動するための駆動回路。
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